無人機自動充電電路的設(shè)計案例1.1無人機著艇自動充電的需求分析為實現(xiàn)無人機著艇后的自動能源補充，設(shè)計了無人機的自動充電電路。從海上無人機的使用環(huán)境出發(fā)考慮，自動充電電路需要在實現(xiàn)自動充斷電的基礎(chǔ)上有防漏電的保護功能，從使用經(jīng)濟性角度考慮，充電電路對無人機的蓄電池應(yīng)有保護其安全和性能的作用。1.2AltiumDesigner軟件簡介AltiumDesigner是學(xué)習(xí)和項目制作中最常用的繪制電路原理圖的軟件，集原理圖繪制、PCB板繪制編輯、電子器件連接布線等功能與一身。發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為大多數(shù)電子電路設(shè)計工作者的必備軟件，在業(yè)界有著廣泛的使用。1.3自動充電電路原理圖設(shè)計與分析利用AD繪制的無人機自動充電電路原理圖如下。圖3-1無人機自動充電原理圖1.1.1電路整體介紹交流電輸入經(jīng)漏電保護裝置，充電時，當(dāng)開關(guān)BT閉合，接通220V電源，這時電流分為兩路。一路經(jīng)過BT按鍵后通過控制按鍵通入變壓器T1，經(jīng)變壓器T1降壓后，其輸出端有二極管和電容的并聯(lián)，可起到整流和濾波的作用，經(jīng)整流和濾波輸出的電流為控制電路的NE555供電；另一路通過電流互感器T2和插座X（接充電器），正常充電時，電流互感器初級端電壓約為1.5V-2V，次級端電壓經(jīng)VD3和C2整流濾波后在電阻R3兩端產(chǎn)生約9-12V的電壓，VD5是一個二級穩(wěn)壓管，其穩(wěn)壓值為7.5V，9-12V的電壓足以擊穿穩(wěn)壓管VD5，使其導(dǎo)通，同時光電耦合器P521導(dǎo)通，根據(jù)光耦的特性，導(dǎo)通后時基芯片IC2的（2）、（6）引腳為低電平，而（3）號引腳輸出高電平，使繼電器K吸合，連接充電部分的K-1觸點接通，開始充電。當(dāng)電池達到規(guī)定的電壓后進入涓流充電（充電電流很?。?，最后充電結(jié)束。IC2等外圍元件還構(gòu)成一個定時器，這樣，當(dāng)充電器正常的電流充電結(jié)束進入涓流充電后，流過電流互感器T2初級線圈電流變得很小，負(fù)載電阻R1兩端電壓變?yōu)?-3V，使穩(wěn)壓管VD5截止，光電耦合器IC1也截止，此時電源經(jīng)過R2對C3充電。隨著充電的進行，C3兩端電壓不斷上升，當(dāng)涓流充電時間到時，NE555的(2)、（6）引腳為高電平，（3）號腳輸出低電平，繼電器觸點K-1斷開，這樣就徹底斷開了充電電源。1.1.2主要元器件介紹（1）漏電保護開關(guān)：由圖可以看出，交流電輸入首先經(jīng)過漏電保護電路，由于海上環(huán)境潮濕且電路可能被水浪打濕而發(fā)生短路，當(dāng)電路中出現(xiàn)短路或設(shè)備漏電等情況時，漏電斷路器可迅速切斷供電電路，從而避免無人機蓄電池以及其他供電和用電設(shè)備受到危害。當(dāng)漏電開關(guān)內(nèi)的信號處理器件檢測到短路或漏電等危險信號時，漏電脫扣器通過斷開其保護的工作電路，起到保護作用。漏電保護器的內(nèi)部電路原理圖如下：圖3-2漏電保護器內(nèi)部原理圖當(dāng)電路正常工作時通過檢測互感器（又稱為零序互感器）的電流大小相等、方向相反，即電流和為零，互感器鐵芯中的磁通量也為零，自動開關(guān)處于接通狀態(tài)。當(dāng)電路中發(fā)生短路或觸電漏電等故障時，出現(xiàn)一個接地的故障電流，打破了檢測互感器內(nèi)的電流平衡狀態(tài)，隨即出現(xiàn)不為零的磁通量，使繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流，使自動開關(guān)跳閘起到保護電路的作用。（2）變壓器：原理圖中變壓器T1和T2為得到整流電路在輸出端分別連接了兩個二極管，并聯(lián)在二極管上的電容主要起到去偶電容的作用，即蓄能和降噪。為給后面的控制器件供電，T1進行了全波整流。（3）整流濾波模塊：在上述電路原理圖中用到了常用的整流濾波電路，采用簡單的二極管和電容的方式實現(xiàn)整流和濾波。（4）光電耦合器：原理圖中經(jīng)過T2輸出的，并經(jīng)穩(wěn)壓管VD5之后的電流接到了光電耦合器P521的輸入端。光電耦合器是電路中常用的隔離原件，其內(nèi)部封裝了發(fā)光和光敏元件，通過將電信號轉(zhuǎn)換為光信號再轉(zhuǎn)換為電信號的器件，其主要作用是實現(xiàn)接口兩端輸入和輸出電氣電路的隔離。在封裝體內(nèi)二極管接收電信號發(fā)光，光敏元件接收光照而又轉(zhuǎn)化為電信號，發(fā)光二極管的這種巧妙構(gòu)造又決定了其有另一個應(yīng)用優(yōu)勢——信號的單向傳輸性。此外，電路中加入光電耦合器可提高電路的抗干擾能力和傳輸效率，延長電路的使用壽命。圖3-34引腳光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖上圖為常用的4引腳光電耦合器TLP521的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，通過控制（1）號引腳和（2）號引腳之間的電壓使發(fā)光二極管發(fā)光與否來控制（3）號引腳和（4）號引腳之間的通斷，其中（3）（4）號引腳之間是光敏半導(dǎo)體管。作為電子開關(guān)，其隔離功能可防止前端的電壓或擾動對后級輸出造成干擾或損害。（5）NE555：NE555是一款時基芯片，即用于在一定時間內(nèi)在輸出端發(fā)出一定的脈沖，為后續(xù)電路提供高電平。1號引腳為接地端，8號VCC為正極供電端，2號為觸發(fā)腳，通常將2號與6號連接在一起用于電平開關(guān)作用，4號復(fù)位端，在上電瞬間提供低電平復(fù)位，通常正常工作時將4號與8號接一起保持高電平狀態(tài)，3號為輸出端，用于在一定時間內(nèi)輸出一定的脈沖信號，以輸出波的高電平驅(qū)動繼電器，7號一般接一個電阻為放點端，5號接控制電壓。圖3-4NE555內(nèi)部功能框圖1.1.3設(shè)計創(chuàng)新點（1）一般無人機充電電壓為12V，但是變壓器并沒有直接將220V電降到12V電壓，而是轉(zhuǎn)換成16V的交流電。因為變壓器的輸出電壓還需經(jīng)過其他元件的損耗，比如經(jīng)過經(jīng)過整流和濾波電路時有電能你的損耗，降壓后16V的交流電經(jīng)整流后成為約14V的直流電，無人機電瓶12V，其峰值電壓是14V，也叫虛電壓?？紤]以上因素，變壓器直接降到16V而并非12V。（2）加入涓流充電過程。涓流